專利名稱：復合絕緣子芯棒老化的判斷方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高電壓復合絕緣子領域，特別涉及一種復合絕緣子芯棒老化的判斷方法。
背景技術：
復合絕緣子因其具有體積小、重量輕、耐污性能好、絕緣強度高、維護成本低等特點，近年來已在電力系統(tǒng)廣泛應用。復合絕緣子基本結構為玻璃鋼芯棒套裝有機材料傘套的復合結構，兩端為金屬金具。其中玻璃鋼芯棒作為內(nèi)絕緣件和機械負荷的載體，其電氣與機械性能直接關系到復合絕緣子的運行可靠性。 隨著運行時間的增長，因復合絕緣子導致的故障越來越多，甚至發(fā)生了絕緣子芯棒的脆性斷裂的嚴重事故。芯棒的脆性斷裂可能造成高壓輸電線路掉線等惡性事故，對電力系統(tǒng)危害十分嚴重。發(fā)生此類故障的主要原因是芯棒材料在運行過程中在電氣、機械和化學等因素的綜合作用之下發(fā)生了老化。目前，針對復合絕緣子老化的解決方案，是對高壓線路定期進行檢修，更換達到一定使用年限的復合絕緣子。目前的解決方案沒有考慮復合絕緣子的運行環(huán)境等因素，檢修期限短，會導致設備的提前報廢，造成運行維護成本的升高；檢修期限長，有可能導致故障發(fā)生。相關技術中還沒有針對復合絕緣子芯棒老化問題提出相應的判斷方法以確定復合絕緣子的運行期限。現(xiàn)有技術中存在復合絕緣子芯棒老化程度無法判斷的問題，對此，現(xiàn)有技術中還沒有提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種復合絕緣子芯棒老化的判斷方法，以解決現(xiàn)有技術中的復合絕緣子芯棒老化程度無法判斷的問題。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種復合絕緣子芯棒老化的判斷方法，該判斷方法包括對被測的復合絕緣子芯棒進行取樣得到試片；對試片進行熱刺激電流TSC試驗；通過試驗得到的TSC曲線計算試片的陷阱電荷量和陷阱能級；根據(jù)試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷芯棒的老化程度。進一步地，對被測的復合絕緣子芯棒進行取樣得到試片包括對復合絕緣子芯棒不同位置分別進行取樣得到多個試片；根據(jù)試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷芯棒樣品的老化程度包括根據(jù)多個試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷芯棒的老化程度。進一步地，對被測的復合絕緣子芯棒進行取樣得到試片之前還包括對已知老化程度的芯棒進行TSC試驗，通過試驗得到的TSC曲線計算標準陷阱電荷量和標準陷阱能級，根據(jù)試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷芯棒的老化程度包括將試片的陷阱電荷量和陷阱能級與標準陷阱電荷量和標準陷阱能級進行比較；根據(jù)比較結果得出試片的老化程度；利用試片的老化程度確定芯棒的老化程度。
進一步地，對已知老化程度的芯棒進行TSC試驗，通過試驗得到的TSC曲線計算標準陷阱電荷量和標準陷阱能級包括對多種型號已知老化程度的復合絕緣子芯棒分別進行TSC試驗；通過試驗得到的TSC曲線分別計算各型號復合絕緣子芯棒的標準陷阱電荷量的數(shù)據(jù)和標準陷阱能級的數(shù)據(jù)；按照復合絕緣子的型號分別保存該型號的芯棒對應的標準陷阱電荷量和標準陷阱能級，將試片的陷阱電荷量和陷阱能級與標準陷阱電荷量和標準陷阱能級進行比較包括根據(jù)取樣的復合絕緣子的型號從保存的標準陷阱電荷量的數(shù)據(jù)和標準陷阱能級的數(shù)據(jù)中確定該復合絕緣子型號芯棒對應的標準陷阱電荷量和標準陷阱能級；將試片的陷阱電荷量和陷阱能級與該復合絕緣子 型號芯棒對應的標準陷阱電荷量和標準陷阱能級進行比較。進一步地，已知老化程度的復合絕緣子芯棒為沒有老化的復合絕緣子芯棒?；蛘咭阎匣潭鹊膹秃辖^緣子芯棒為已經(jīng)完全老化的復合絕緣子芯棒。進一步地，根據(jù)試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷芯棒的老化程度之后還包括記錄試片在芯棒上的取樣位置、試片的陷阱電荷量和陷阱能級、以及試片取樣的復合絕緣子的運行環(huán)境、運行年限。進一步地，進行TSC試驗的極化溫度范圍取50°C至65°C ;極化電場強度范圍取4kV/mm至6kV/mm ;極化時間取30min至50min ;冷卻溫度范圍取_70°C至_80°C ;升溫速率范圍取 2V /min 至 3°C /min。根據(jù)本發(fā)明的技術方案，復合絕緣子芯棒老化的判斷方法包括對被測的復合絕緣子芯棒進行取樣得到試片；對試片進行熱刺激電流TSC試驗；通過試驗得到的TSC曲線計算試片的陷阱電荷量和陷阱能級；根據(jù)試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷芯棒的老化程度。從微觀電特性角度來進行復合絕緣子老化狀態(tài)的評估，使用陷阱電荷量和陷阱能級為特征量對老化程度進行量化，為復合絕緣子的可靠運行提供了數(shù)據(jù)基礎，為進一步制定復合絕緣子的維護方案提供了依據(jù)。


說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的復合絕緣子芯棒老化的判斷方法的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的復合絕緣子芯棒老化的判斷方法中TSC試驗系統(tǒng)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的復合絕緣子芯棒老化的判斷方法中TSC曲線的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的復合絕緣子芯棒老化的判斷方法中沒有老化的芯棒試片與完全老化芯棒試片的TSC曲線。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。熱刺激電流(Thermally Stimulated Current, TSC)法是基于在介質物理學的基礎上發(fā)展起來的熱刺激理論而形成的，該方法能較準確測量出如電介質、絕緣材料、半導體、駐極體等材料的微觀電參數(shù)。圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的復合絕緣子芯棒老化的判斷方法的示意圖，如圖I所示，該方法主要包括如下步驟步驟Sll :對被測的復合絕緣子芯棒進行取樣得到試片；步驟S13 :對試片進行熱刺激電流TSC試驗；步驟S15 :通過試驗得到的TSC曲線計算試片的陷阱電荷量和陷阱能級；步驟S17 :根據(jù)試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷芯棒的老化程度。采用本發(fā)明實施例的復合絕緣子芯棒老化的判斷方法，可以通過從復合絕緣子芯棒的微觀電特性角度來進行復合絕緣子芯棒老化狀態(tài)的評估，以使用陷阱電荷量和陷阱能級為特征量對老化狀態(tài)進行量化，從而準確的判斷出復合絕緣子芯棒的老化程度。步驟Sll通過切割得到一定厚度的試片完成取樣，對試片的形狀進行修正后，即得到可用于TSC測試的試片試樣。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的復合絕緣子芯棒老化的判斷方法中TSC試驗系統(tǒng)的示意圖，如圖2所示，步驟S13中對復合絕緣子芯棒的試片進行熱刺激電流TSC試驗的步驟是將試片33放入真空腔31內(nèi)的不銹鋼上電極32和黃銅下電極34之間，該黃銅下電極34中安裝有控溫裝置35。開始試驗時在極化溫度Tp下閉合開關S2，給試片33施加直流極化電場Ep，使試片33極化；達到極化時間t之后在保持極化電場Ep的情況下，將試片33迅速冷卻至低溫Ttl,以凍結電荷；隨后斷開S2,閉合S1，短路試片33并保持一段時間，以消除雜散電荷的影響；然后斷開S1，最后閉合S3,以一定的升溫速率升溫，同時測量電路中通過的電流。數(shù)字電流計36測量的電流值和數(shù)字溫度計37測量的溫度值通過接口卡38送入計算機39，計算機39自動生成極化電流對溫度的TSC曲線。線性升溫使得試片33內(nèi)部被凍結的電荷將依次發(fā)生去極化，從而可測得去極化電流對溫度的譜線圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的復合絕緣子芯棒老化的判斷方法中TSC曲線的示意圖。在圖中，縱坐標I為數(shù)字電流計36測量的電流值也就是極化電流的大小，橫坐標T代表數(shù)字溫度計37測量的溫度值，I (T)是TSC曲線，Ipeak為TSC曲線的峰值電流。步驟S15中計算陷阱電荷量和陷阱能級的計算流程為依據(jù)公式⑴計算陷阱電荷量Q ;Q = -^V KrW...... u),
P J/n在式(I)中，β為升溫速率，單位為K/min Jtl及T1分別表示TSC電流曲線的測量起始溫度及終止溫度的絕對溫度(T)即為TSC隨溫度變化的電流值。由于溫度和時間近似成正比，因此電流對溫度的積分乘以一個比例系數(shù)(升溫速率的倒數(shù))，即可得陷阱釋放出的電荷量。采用半寬法計算陷阱能級E，具體計算公式為式(2):
9 AT/'-'/fIi= 111 ……<2
AT在式⑵中，Tm為電流出現(xiàn)峰值時對應的絕對溫度；Λ T為半峰值對應的溫度差；k為波爾茲曼常數(shù)(1.38X10_23J/K)。陷阱能級的最后結果一般由能量單位電子伏來表示，、因此由上式計算得出的數(shù)值再除以一個電子伏(IeV= I. 67X 10_19J)，即得陷阱能級。步驟S17中判斷芯棒的老化程度的具體步驟可以為將試片的陷阱電荷量和陷阱能級與預先確定的標準陷阱電荷量和標準陷阱能級進行比較；根據(jù)比較結果得出試片的老化程度；利用試片的老化程度確定芯棒的老化程度。其中預先確定標準陷阱電荷量和標準陷阱能級的步驟可以在步驟Sll之前，具體為對已知老化程度的芯棒進行TSC試驗，通過試驗得到的TSC曲線計算標準陷阱電荷量和標準陷阱能級，根據(jù)試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷芯棒的老化程度包括將試片的陷阱電荷量和陷阱能級與標準陷阱電荷量和標準陷阱能級進行比較；根據(jù)比較結果得出試片的老化程度；利用試片的老化程度確定芯棒的老化程度。其中已知老化程度的復合絕緣子芯棒可以是沒有老化的復合絕緣子芯棒或者已經(jīng)完全老化的復合絕緣子芯棒。沒有老化的復合絕緣子芯棒是指完全沒有運行過性能良好的樣品，此時的復合絕緣子芯棒性能最佳。而已經(jīng)完全老化的芯棒是指復合絕緣子芯棒已經(jīng)完全老化達不到使用性能要求的芯棒。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的復合絕緣子芯棒老化的判斷方法中沒有老化的芯棒試片與完全老化芯棒試片的TSC曲線，從圖中可以看出沒有老化的芯棒試片的曲線TSCl的數(shù)值明顯小于完全老化的芯棒試片的曲線TSC2的數(shù)值。表I是根據(jù)圖4中的TSC曲線計算得出的陷阱電荷量和陷阱能級的數(shù)據(jù)，從表中的數(shù)據(jù)可以看出性能良好的芯棒的陷阱電荷量明顯小于已經(jīng)老化的芯棒的數(shù)據(jù)，陷阱能級也小于老化的芯棒的數(shù)據(jù)，因此TSC測試能反映出芯棒材料的微觀電特性變化和老化情況。表I不同的芯棒試樣TSC陷阱參數(shù)
權利要求
1.一種復合絕緣子芯棒老化的判斷方法，其特征在于，包括 對被測的復合絕緣子芯棒進行取樣得到試片； 對所述試片進行熱刺激電流TSC試驗； 通過試驗得到的TSC曲線計算所述試片的陷阱電荷量和陷阱能級； 根據(jù)所述試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷所述芯棒的老化程度。
2.根據(jù)權利要求I所述的判斷方法，其特征在于， 對被測的復合絕緣子芯棒進行取樣得到試片包括對所述復合絕緣子芯棒不同位置分別進行取樣得到多個試片； 根據(jù)所述試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷所述芯棒樣品的老化程度包括根據(jù)所述多個試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷所述芯棒的老化程度。
3.根據(jù)權利要求I所述的判斷方法，其特征在于， 對被測的復合絕緣子芯棒進行取樣得到試片之前還包括 對已知老化程度的芯棒進行TSC試驗，通過試驗得到的TSC曲線計算標準陷阱電荷量和標準陷阱能級， 根據(jù)所述試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷所述芯棒的老化程度包括 將所述試片的陷阱電荷量和陷阱能級與所述標準陷阱電荷量和標準陷阱能級進行比較； 根據(jù)比較結果得出所述試片的老化程度； 利用所述試片的老化程度確定所述芯棒的老化程度。
4.根據(jù)權利要求3所述的判斷方法，其特征在于， 對已知老化程度的芯棒進行TSC試驗，通過試驗得到的TSC曲線計算標準陷阱電荷量和標準陷阱能級包括 對多種型號已知老化程度的復合絕緣子芯棒分別進行TSC試驗； 通過試驗得到的TSC曲線分別計算各型號復合絕緣子芯棒的標準陷阱電荷量的數(shù)據(jù)和標準陷阱能級的數(shù)據(jù)； 按照所述復合絕緣子的型號分別保存該型號的芯棒對應的標準陷阱電荷量和標準陷講能級， 將所述試片的陷阱電荷量和陷阱能級與所述標準陷阱電荷量和標準陷阱能級進行比較包括 根據(jù)取樣的復合絕緣子的型號從保存的標準陷阱電荷量的數(shù)據(jù)和標準陷阱能級的數(shù)據(jù)中確定該復合絕緣子型號芯棒對應的標準陷阱電荷量和標準陷阱能級； 將所述試片的陷阱電荷量和陷阱能級與該復合絕緣子型號芯棒對應的標準陷阱電荷量和標準陷阱能級進行比較。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的判斷方法，其特征在于，所述已知老化程度的復合絕緣子芯棒為沒有老化的復合絕緣子芯棒。
6.根據(jù)權利要求3或4所述的判斷方法，其特征在于，所述已知老化程度的復合絕緣子芯棒為已經(jīng)完全老化的復合絕緣子芯棒。
7.根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的判斷方法，其特征在于，根據(jù)所述試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷所述芯棒的老化程度之后還包括記錄所述試片在芯棒上的取樣位置、所述試片的陷阱電荷量和陷阱能級、以及所述試片取樣的復合絕緣子的運行環(huán)境、運行年限。
8.根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的判斷方法，其特征在于，進行所述TSC試驗的極化溫度范圍取50°C至65°C ;極化電場強度范圍取4kV/mm至6kV/mm ;極化時間取30min至50min ;冷卻溫度范圍取_70°C至_80°C ;升溫速率范圍取2V /min至3°C /min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種復合絕緣子芯棒老化的判斷方法。該判斷方法包括對被測的復合絕緣子芯棒進行取樣得到試片；對試片進行熱刺激電流TSC試驗；通過試驗得到的TSC曲線計算試片的陷阱電荷量和陷阱能級；根據(jù)試片的陷阱電荷量和陷阱能級判斷芯棒的老化程度。采用本發(fā)明的技術方案，從微觀電特性角度來進行復合絕緣子老化狀態(tài)的評估，使用陷阱電荷量和陷阱能級為特征量對老化程度進行量化，為復合絕緣子的可靠運行提供了數(shù)據(jù)基礎，為進一步制定復合絕緣子的維護方案提供了依據(jù)，解決了現(xiàn)有技術中的復合絕緣子芯棒老化程度無法判斷的問題。
文檔編號G01R31/12GK102662131SQ20121016736
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權日2012年5月25日
發(fā)明者丁立健, 屠幼萍, 張福增, 張輝, 李銳海, 王景春, 王璁, 許卓 申請人:華北電力大學, 南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司